JPH08213559A - p型電界効果半導体装置および相補型電界効果半導体装置とその製造方法 - Google Patents

p型電界効果半導体装置および相補型電界効果半導体装置とその製造方法

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JPH08213559A
JPH08213559A JP7016594A JP1659495A JPH08213559A JP H08213559 A JPH08213559 A JP H08213559A JP 7016594 A JP7016594 A JP 7016594A JP 1659495 A JP1659495 A JP 1659495A JP H08213559 A JPH08213559 A JP H08213559A
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semiconductor device
inp
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JP7016594A
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Naoki Harada
直樹 原田
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 p型電界効果半導体装置および相補型電界効
果半導体装置とその製造方法に関し、正孔の移動度が高
く、容易に高品質の結晶が得られるInP基板と格子整
合して格子欠陥を生じないp型電界効果半導体装置を提
供する。 【構成】 半絶縁性InP基板1と、InAlAsバッ
ファ層2と、GaAsxSb1-x 層(GaAsSbチャ
ネル層3)と、価電子帯の上端がGaAsx Sb 1-x
の価電子帯の上端よりも低い第2の半導体層(例えばp
−InP正孔供給層4)からなるヘテロ接合と、p−I
nGaAsコンタクト層5と、Au/Zn/Auソース
電極6と、Au/Zn/Auドレイン電極7と、この第
2の半導体層よりも表面側に形成されたショットキー電
極(Alゲート電極8)を備え、このショットキー電極
に電圧を印加して空乏層の厚さを変化させることによっ
て、このヘテロ接合のGaAsx Sb1-x 層側に蓄積さ
れる二次元正孔ガス濃度を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、HEMT等の化合物半
導体を用いたp型電界効果半導体装置および相補型電界
効果半導体装置とその製造方法に関する。近年の通信お
よびコンピュータの高速化の傾向に応えるために、高速
かつ低電力の素子が要求され、そのためキャリアの移動
度が高い化合物半導体を用いた各種半導体装置が開発さ
れている。中でも、相補型HEMTはCMOSを凌ぐ低
電力性と高速性をそなえており、前述の要求に応えるデ
バイスとして期待されている。
【0002】
【従来の技術】図8は、従来の相補型HEMTの構成説
明図である。この図において、101は半絶縁性GaA
s基板、102はGaAsバッファ層、103はGaA
s層、104はp−AlGaAs層、105はp−Ga
As層、106はGaAs層、107はn−AlGaA
s層、108はn−GaAs層、109はAu/Zn/
Auソース電極、110はAu/Zn/Auドレイン電
極、111はAuGe/Auドレイン電極、112はA
uGe/Auソース電極、113,114はAlゲート
電極、115はSiO2 絶縁膜、116はTiAu配線
である。
【0003】この従来の相補型HEMTにおいては、ま
ず、半絶縁性GaAs基板101の上に、GaAsバッ
ファ層102、GaAs層103、p−AlGaAs層
104、p−GaAs層105、GaAs層106、n
−AlGaAs層107、n−GaAs層108を成長
する。
【0004】次いで、p型HEMT形成領域のn−Ga
As層108、n−AlGaAs層107、GaAs層
106を選択的にエッチングしてp−GaAs層105
の面を露出させた後、残存しているn−GaAs層10
8、n−AlGaAs層107、GaAs層106、p
−GaAs層105、p−AlGaAs層104、Ga
As層103、GaAsバッファ層102をメサエッチ
ングしてp型HEMT形成領域とn型HEMT形成領域
を分離する。
【0005】このメサエッチによって、半絶縁性GaA
s基板101の上に形成されたGaAsバッファ層10
2をバッファ層とし、GaAs層103をチャネル層と
し、p−AlGaAs層104を正孔供給層とし、p−
GaAs層105をコンタクト層とするp型HEMT形
成領域の結晶層と、GaAs層106をチャネル層と
し、n−AlGaAs層107を電子供給層とし、n−
GaAs層108をコンタクト層とするn型HEMT形
成領域の結晶層を形成する。このn型素子形成領域のG
aAs層103、p−AlGaAs層104、p−Ga
As層105はp型HEMT形成領域の結晶層を形成す
るとき同時に形成されたもので、n型HEMT形成領域
にとっては格別の意味をもたない。
【0006】p型HEMT形成領域のp−GaAs層1
05の上にAu/Zn/Auソース電極109とAu/
Zn/Auドレイン電極110を形成し、ゲート領域の
p−GaAs層105をエッチング除去した後、露出し
たp−AlGaAs層104の上にAlゲート電極11
3を形成する。
【0007】また、n型HEMT形成領域のn−GaA
s層108の上にAuGe/Auドレイン電極111と
AuGe/Auソース電極112を形成し、ゲート領域
のn−GaAs層108をエッチング除去した後、露出
したn−AlGaAs層107の上にAlゲート電極1
14を形成する。
【0008】全面にSiO2 絶縁膜115を形成し、コ
ンタクトホールを通してTiAu配線116を形成す
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】GaAsは電子の移動
度は約6000cm2 /Vsと大きいが、正孔の移動度
は200cm2 /Vs程度と小さいため、p型素子の性
能がn型素子と比較して大きく劣り、延いては回路性能
を引き下げてしまう。上記の問題を解決するためには、
GaAsよりも正孔の移動度の大きい材料が必要であ
る。
【0010】GaSbは正孔の移動度が約2000cm
2 /Vsと大きく、p型HEMTの有力な候補である。
しかし、GaSbと格子整合する基板としてはInAs
またはGaSb自身しかなく、これらの基板はまだ良質
の高抵抗基板が得られておらず、また、InAsはバン
ドギャップが0.35eVと小さいためにブレークダウ
ン耐圧が低く、n型素子のチャネルとして用いることに
は困難が予想される。本発明は、正孔の移動度が高く、
容易に高品質の結晶が得られるInP基板と格子整合し
て格子欠陥を生じないp型電界効果半導体装置を提供す
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるp型電界
効果半導体装置においては、GaAsx Sb1-x 層と、
価電子帯の上端がGaAsx Sb1-x 層の価電子帯の上
端よりも低い第2のp型半導体層からなるヘテロ接合
と、該第2の半導体層よりも表面側に形成されたショッ
トキー電極を備え、該ショットキー電極に電圧を印加し
て空乏層の厚さを変化させることによって、該ヘテロ接
合のGaAsx Sb1-x 層側に蓄積される二次元正孔ガ
ス濃度を変化させる構成を採用した。
【0012】また本発明にかかる他のp型電界効果半導
体装置においては、GaAsx Sb 1-x 層と、価電子帯
の上端がGaAsx Sb1-x 層の価電子帯の上端よりも
低い第2のp型半導体層からなるヘテロ接合と、該Ga
Asx Sb1-x 層の表面側に形成されたショットキー電
極を備え、該ショットキー電極に電圧を印加して空乏層
の厚さを変化させることによって、該ヘテロ接合のGa
Asx Sb1-x 層側に蓄積される二次元正孔ガス濃度を
変化させる構成を採用した。
【0013】これらの場合、第2のp型半導体としてp
型InPを用いることができ、基板としてInPを用
い、かつ、GaAsx Sb1-x 層の組成がInPに格子
整合するように選択することができ、また、基板として
InPを用い、GaAsx Sb 1-x 層の厚さを格子不整
合による転位が発生する臨界膜厚よりも薄くすることに
よって欠陥の発生を防止することができる。
【0014】また、本発明の相補型電界効果半導体装置
においては、前記のp型電界効果半導体装置と、チャネ
ル材料としてInGaAs,InP,GaAsSb,I
nAsPのいずれか一つ、電子供給層としてn型InA
lAsまたはn型InAlGaAsまたはn型InPを
用いたn型電界効果半導体装置が同一基板上に集積され
た構成を採用した。
【0015】また、本発明にかかる相補型電界効果半導
体装置の製造方法においては、基板の上に、前記のp型
電界効果半導体装置の形成に必要な第1の半導体層群を
成長し、その上にバッファ層を成長し、その上に、チャ
ネル材料としてInGaAs,InP,GaAsSb,
InAsPのいずれか一つ、電子供給層としてn型In
AlAsまたはn型InAlGaAsまたはn型InP
を用いたn型電界効果半導体装置の形成に必要な第2の
半導体層群を成長し、p型電界効果半導体装置を形成す
べき領域の第2の半導体層群とバッファ層を選択的に除
去して第1の半導体層群を露出させ、その露出した第1
の半導体層群によってp型電界効果半導体装置を形成
し、第2の半導体層群によってn型電界効果半導体装置
を形成する工程を採用した。
【0016】また、これとは逆に、基板の上に、チャネ
ル材料としてInGaAs,InP,GaAsSb,I
nAsPのいずれか一つ、電子供給層としてn型InA
lAsまたはn型InAlGaAsまたはn型InPを
用いたn型電界効果半導体装置の形成に必要な第2の半
導体層群を成長し、その上にバッファ層を成長し、その
上に、前記のp型電界効果半導体装置の形成に必要な第
1の半導体層群を成長し、n型電界効果半導体装置を形
成すべき領域の第1の半導体層群とバッファ層を選択的
に除去して第2の半導体層群を露出させ、第1の半導体
層群によってp型電界効果半導体装置を形成し、第2の
半導体層群によってn型電界効果半導体装置を形成する
工程を採用することができる。
【0017】また、本発明にかかる他の相補型電界効果
半導体装置の製造方法においては、基板の上に、前記の
p型電界効果半導体装置の形成に必要な第1の半導体層
群を成長し、その上にInPエッチングストッパー層を
成長し、その上にバッファ層を成長し、その上に、チャ
ネル材料としてInGaAs,GaAsSb,InAs
Pのいずれか一つ、電子供給層としてn型InAlAs
またはn型InAlGaAsを用いたn型電界効果半導
体装置の形成に必要な第2の半導体層群を成長し、p型
電界効果半導体装置を形成すべき領域の第2の半導体層
群とバッファ層をInPエッチングストッパー層を用い
て選択的に除去し、InPエッチングストッパー層を除
去して第1の半導体層群を露出させ、第1の半導体層群
によってp型電界効果半導体装置を形成し、第2の半導
体層群によってn型電界効果半導体装置を形成する工程
を採用した。
【0018】また、本発明にかかる他の相補型電界効果
半導体装置の製造方法においては、基板の上に、前記の
p型電界効果半導体装置の形成に必要な第1の半導体層
群を成長し、n型電界効果半導体装置を形成すべき領域
の第1の半導体層群を選択的に除去し、第1の半導体層
群を選択的に除去した領域に、チャネル材料としてIn
GaAs,InP,GaAsSb,InAsPのいずれ
か一つ、電子供給層としてn型InAlAsまたはn型
InAlGaAsまたはn型InPを用いたn型電界効
果半導体装置の形成に必要な第2の半導体層群を選択的
に成長し、第1の半導体層群によってp型電界効果半導
体装置を形成し、選択的に成長した第2の半導体層群に
よってn型電界効果半導体装置を形成する工程を採用し
た。
【0019】これとは逆に、基板の上に、チャネル材料
としてInGaAs,InP,GaAsSb,InAs
Pのいずれか一つ、電子供給層としてn型InAlAs
またはn型InAlGaAsまたはn型InPを用いた
n型電界効果半導体装置の形成に必要な第2の半導体層
群を成長し、p型電界効果半導体装置を形成すべき領域
の第2の半導体層群を選択的に除去し、第2の半導体層
群を選択的に除去した領域に、前記のp型電界効果半導
体装置の形成に必要な第1の半導体層群を選択的に成長
し、第1の半導体層群によってp型電界効果半導体装置
を形成し、第2の半導体層群によってn型電界効果半導
体装置を形成する工程を採用することができる。
【0020】
【作用】GaAsx Sb1-x をp型素子のチャネル材料
として用いた場合、次のような利点がある。
【0021】(1)GaAsx Sb1-x はxが略0.5
のときInP基板に格子整合する。現在、InPを用い
た良質の高抵抗基板を実現することができる。
【0022】(2)GaAsx Sb1-x の正孔の移動度
はGaSbよりも低いことが予想されるが、GaAsと
GaSbの平均になると考えると、約1000cm2
Vsであり、GaAsの5倍である。
【0023】(3)正孔供給層としてはp型InP,p
型InAlAsを使うことができ、特にp型InPを用
いた場合、価電子帯不連続量は約0.6eVと大きい。
これは、p型Al0.5 Ga0.5 As/GaAsの接合の
0.2eVの約3倍である。価電子帯の不連続量が大き
いため、二次元正孔濃度を従来よりも高くすることがで
きる。
【0024】(4)p型InPのショットキー障壁高さ
は0.8〜0.9eVであり、p型AlGaAsの0.
6eVよりも高い。これはゲート電極からのもれ電流を
抑えるのに効果がある。p型AlGaAs/GaAs
HEMTを用いた相補型回路では、このもれ電流のため
消費電力が大きくなるという問題がある。
【0025】(5)いわゆるPseudomorphi
c構造にしてSb組成を0.7程度まで高めることによ
り、さらに正孔の移動度をGaSbでの値の近くまで高
めることができる。
【0026】(6)n型素子のチャネルとしては、In
0.53Ga0.47AsあるいはGaAsxSb1-x ,InP
が格子整合する。特に、In0.53Ga0.47Asをチャネ
ル、n型In0.52Al0.48Asを電子供給層としたHE
MTは電子移動度が10000cm2 /Vsと高く、A
lGaAs/GaAs HEMTよりも優れた性能を示
すことが知られている。
【0027】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 (第1実施例)図1は、第1実施例のpチャネルHEM
Tの構成説明図である。この図において、1は半絶縁性
InP基板、2はInAlAsバッファ層、3はGaA
sSbチャネル層、4はp−InP正孔供給層、5はp
−InGaAsコンタクト層、6はAu/Zn/Auソ
ース電極、7はAu/Zn/Auドレイン電極、8はA
lゲート電極である。
【0028】この実施例のpチャネルHEMTにおいて
は、まず、半絶縁性InP基板1の上に、厚さ500n
mのIn0.52Al0.48Asバッファ層2、厚さ50nm
のGaAsSbチャネル層3、厚さ30nmのp−In
P正孔供給層4、厚さ50nmのp−In0.53Ga0.47
Asコンタクト層5をMOCVD法等の結晶成長法によ
って成長する。
【0029】次いで、p−In0.53Ga0.47Asコンタ
クト層5、p−InP正孔供給層4、GaAsSbチャ
ネル層3、In0.52Al0.48Asバッファ層2をメサエ
ッチして、素子分離を行った後、p−In0.53Ga0.47
Asコンタクト層5の上にAu/Zn/Auソース電極
6とAu/Zn/Auドレイン電極7を形成し、ゲート
領域のp−In0.53Ga0.47Asコンタクト層5をHF
/H2 2 /H2 O系のエッチング液で選択的に除去し
た後、露出したp−InP正孔供給層4の上にAlゲー
ト電極8を形成する。
【0030】(第2実施例)図2は、第2実施例のpチ
ャネル逆構造HEMTの構成説明図である。この図にお
いて、11は半絶縁性InP基板、12はInAlAs
バッファ層、13はp−InP正孔供給層、14はGa
AsSbチャネル層、15はp−InGaAsコンタク
ト層、16はAu/Zn/Auソース電極、17はAu
/Zn/Auドレイン電極、18はAlゲート電極であ
る。
【0031】この実施例のpチャネルHEMTにおいて
は、まず、半絶縁性InP基板11の上に、厚さ500
nmのIn0.52Al0.48Asバッファ層12、厚さ30
nmのp−InP正孔供給層13、厚さ50nmのGa
0.5 As0.5 Sbチャネル層14、厚さ50nmのp−
In0.53Ga0.47Asコンタクト層15をMOCVD法
等の結晶成長法によって成長する。
【0032】次いで、p−In0.53Ga0.47Asコンタ
クト層15、Ga0.5 As0.5 Sbチャネル層14、p
−InP正孔供給層13、In0.52Al0.48Asバッフ
ァ層12をメサエッチして、素子分離を行った後、p−
In0.53Ga0.47Asコンタクト層15の上にAu/Z
n/Auソース電極16とAu/Zn/Auドレイン電
極17を形成し、ゲート領域のp−In0.53Ga0.47
sコンタクト層15をHF/H2 2 /H2 O系のエッ
チング液で選択的に除去した後、露出したGa 0.5 As
0.5 Sbチャネル層14の上にAlゲート電極18を形
成する。
【0033】(第3実施例)図3は、第3実施例のpチ
ャネルHEMTの構成説明図である。この図において、
21は半絶縁性InP基板、22はInAlAsバッフ
ァ層、23はGaAsSbチャネル層、24はp−In
P正孔供給層、25はp−InGaAsコンタクト層、
26はAu/Zn/Auソース電極、27はAu/Zn
/Auドレイン電極、28はAlゲート電極である。
【0034】この実施例のpチャネルHEMTにおいて
は、まず、半絶縁性InP基板21の上に、厚さ500
nmのIn0.52Al0.48Asバッファ層22、厚さ10
nmのGaAs0.4 Sb0.6 チャネル層23、厚さ30
nmのp−InP正孔供給層24、厚さ50nmのp−
In0.53Ga0.47Asコンタクト層25をMOCVD法
等の結晶成長法によって成長する。
【0035】次いで、p−In0.53Ga0.47Asコンタ
クト層25、p−InP正孔供給層24、GaAs0.4
Sb0.6 チャネル層23、In0.52Al0.48Asバッフ
ァ層22をメサエッチして、素子分離を行った後、p−
In0.53Ga0.47Asコンタクト層25の上にAu/Z
n/Auソース電極26とAu/Zn/Auドレイン電
極27を形成し、ゲート領域のp−In0.53Ga0.47
sコンタクト層25をHF/H2 2 /H2 O系のエッ
チング液で選択的に除去した後、露出したp−InP正
孔供給層24の上にAlゲート電極28を形成する。
【0036】この実施例のpチャネルHEMTは、Ga
As0.4 Sb0.6 チャネル層23が第1実施例、または
第2実施例のpチャネルHEMTよりGaSbに近いた
め、より高い正孔移動度を実現することができる。
【0037】(第4実施例)第4図は、第4実施例のp
チャネル逆構造HEMTの構成説明図である。この図に
おいて、31は半絶縁性InP基板、32はInAlA
sバッファ層、33はp−InP正孔供給層、34はG
aAsSbチャネル層、35はInPゲート絶縁層、3
6はp−InGaAsコンタクト層、37はAu/Zn
/Auソース電極、38はAu/Zn/Auドレイン電
極、39はAlゲート電極である。
【0038】この実施例のpチャネルHEMTにおいて
は、まず、半絶縁性InP基板31の上に、厚さ500
nmのIn0.52Al0.48Asバッファ層32、厚さ30
nmのp−InP正孔供給層33、厚さ10nmのGa
0.4 As0.6 Sbチャネル層34、厚さ30nmのノン
ドープInPゲート絶縁層35、厚さ50nmのp−I
0.53Ga0.47Asコンタクト層36をMOCVD法と
いった結晶成長法で成長する。
【0039】次いで、p−In0.53Ga0.47Asコンタ
クト層36、ノンドープInPゲート絶縁層35、Ga
0.4 As0.6 Sbチャネル層34、p−InP正孔供給
層33、In0.52Al0.48Asバッファ層32をメサエ
ッチして、素子分離を行った後、p−In0.53Ga0.47
Asコンタクト層36の上にAu/Zn/Auソース電
極36とAu/Zn/Auドレイン電極37を形成し、
ゲート領域のp−In 0.53Ga0.47Asコンタクト層3
6をHF/H2 2 /H2 O系のエッチング液で選択的
に除去した後、露出したノンドープInPゲート絶縁層
35の上にAlゲート電極39を形成する。
【0040】この実施例のpチャネル逆構造HEMTに
おいては、Ga0.4 As0.6 Sbチャネル層34が薄い
ため、直接Alゲート電極39を形成するとGa0.4
0. 6 Sbチャネル層34全体が空乏化されてしまう。
これを防ぐために、Ga0.4 As0.6 Sbチャネル層3
4の上にノンドープInPゲート絶縁層35を形成し、
その上にAlゲート電極39を形成する。
【0041】(第5実施例)図5は、第5実施例の相補
型HEMTの構成説明図である。この図において、41
は半絶縁性InP基板、42はInAlAs層、43は
GaAsSb層、44はp−InP層、45はp−In
GaAs層、46はInAlAs層、47はInGaA
s層、48はn−InAlAs層、49はn−InGa
As層、50はAu/Zn/Auソース電極、51はA
u/Zn/Auドレイン電極、52はAuGe/Auド
レイン電極、53はAuGe/Auソース電極、54は
Alゲート電極、55はPt/Ti/Pt/Auゲート
電極、56はSiO2 絶縁膜、57はTiAu配線であ
る。
【0042】この実施例の相補型HEMTにおいては、
半絶縁性InP基板41の上に、厚さ500nmのIn
0.52Al0.48As層42、厚さ50nmのGaAs0.5
Sb 0.5 層43、厚さ30nmのp−InP層44、厚
さ50nmのp−In0.53Ga0.47As層45、厚さ5
00nmのIn0.52Al0.48As層46、厚さ50nm
のIn0.53Ga0.47As層47、厚さ20nmのn−I
0.52Al0.48As層48、厚さ20nmのn−In
0.53Ga0.47As層49をMOCVD法等の結晶成長法
によって成長する。
【0043】次いで、p型HEMT形成領域のn−In
0.53Ga0.47As層49、n−In 0.52Al0.48As層
48、In0.53Ga0.47As層47、In0.52Al0.48
As層46をHF/H2 2 /H2 O系のエッチング液
で選択的にエッチングしてp−In0.53Ga0.47As層
45の面を露出させた後、残存しているn−In0.53
0.47As層49、n−In0.52Al0.48As層48、
In0.53Ga0.47As層47、In0.52Al0.48As層
46、p−In0.53Ga0.47As層45、p−InP層
44、GaAs0.5 Sb0.5 層43、In0.52Al0.48
As層42をメサエッチングしてp型HEMT形成領域
とn型HEMT形成領域を分離する。
【0044】このメサエッチによって、半絶縁性基板4
1の上に形成されたIn0.52Al0. 48As層42をバッ
ファ層とし、GaAs0.5 Sb0.5 層43をチャネル層
とし、p−InP層44を正孔供給層とし、p−In
0.53Ga0.47As層45をコンタクト層とするp型HE
MT形成領域の結晶層と、In0.52Al0.48As層46
をバッファ層とし、In0.53Ga0.47As層47をチャ
ネル層とし、n−In0. 52Al0.48As層48を電子供
給層とし、n−In0.53Ga0.47As層49をコンタク
ト層とするn型HEMT形成領域の結晶層を形成する。
このn型素子形成領域のGaAs0.5 Sb0.5 層43、
p−InP層44、p−In0.53Ga0.47As層45は
p型HEMT形成領域の結晶層を形成するとき同時に形
成されたもので、n型HEMT形成領域にとっては意味
をもたない。
【0045】p型HEMT形成領域のp−In0.53Ga
0.47As層45の上にAu/Zn/Auソース電極50
とAu/Zn/Auドレイン電極51を形成し、ゲート
領域のp−In0.53Ga0.47As層45をHF/H2
2 /H2 O系のエッチング液で選択的に除去した後、露
出したp−InP層44の上にAlゲート電極54を形
成する。
【0046】また、n型HEMT形成領域のn−In
0.53Ga0.47As層49の上にAuGe/Auドレイン
電極52とAuGe/Auソース電極53を形成し、ゲ
ート領域のn−In0.53Ga0.47As層49をクエン酸
/H2 2 系のエッチング液で選択的に除去した後、露
出したn−In0.52Al0.48As層48の上にPt/T
i/Pt/Auゲート電極55を形成する。
【0047】全面にCVD法等によってSiO2 絶縁膜
56を形成し、コンタクトホールを通してTiAu配線
57を形成する。
【0048】(第6実施例)図6は、第6実施例の相補
型HEMTの構成説明図である。この図において、61
は半絶縁性InP基板、62はInAlAs層、63は
GaAsSb層、64はp−InP層、65はp−In
GaAs層、66はInP層、67はInAlAs層、
68はInGaAs層、69はn−InAlAs層、7
0はn−InGaAs層、71はAu/Zn/Auソー
ス電極、72はAu/Zn/Auドレイン電極、73は
AuGe/Auドレイン電極、74はAuGe/Auソ
ース電極、75はAlゲート電極、76はPt/Ti/
Pt/Auゲート電極、77はSiO2 絶縁膜、78は
TiAu配線である。
【0049】この実施例の相補型HEMTにおいては、
半絶縁性InP基板61の上に、厚さ500nmのIn
0.52Al0.48As層62、厚さ50nmのGaAs0.5
Sb 0.5 層63、厚さ30nmのp−InP層64、厚
さ50nmのp−In0.53Ga0.47As層65、厚さ1
0nmのInP層66、厚さ500nmのIn0.52Al
0.48As層67、厚さ50nmのIn0.53Ga0.47As
層68、厚さ20nmのn−In0.52Al0.48As層6
9、厚さ20nmのn−In0.53Ga0.47As層70を
MOCVD法等の結晶成長法によって成長する。
【0050】次いで、p型HEMT形成領域のn−In
0.53Ga0.47As層70、n−In 0.52Al0.48As層
69、In0.53Ga0.47As層68、In0.52Al0.48
As層67を、InP層66をエッチングストップ層と
してHF/H2 2 /H2 O系のエッチング液で選択的
にエッチングし、このInP層66をHCl/H2 Oに
よってエッチングしてp−In0.53Ga0.47As層65
の表面を露出させた後、残存しているn−In0.53Ga
0.47As層70、n−In0.52Al0.48As層69、I
0.53Ga0.47As層68、In0.52Al0.48As層6
7、InP層66、p−In0.53Ga0.47As層65、
p−InP層64、GaAs0.5 Sb0. 5 層63、In
0.52Al0.48As層62をメサエッチングしてp型HE
MT形成領域とn型HEMT形成領域を分離する。
【0051】このメサエッチによって、半絶縁性基板6
1の上に形成されたIn0.52Al0. 48As層62をバッ
ファ層とし、GaAs0.5 Sb0.5 層63をチャネル層
とし、p−InP層64を正孔供給層とし、p−In
0.53Ga0.47As層65をコンタクト層とするp型HE
MT形成領域の結晶層と、In0.52Al0.48As層67
をバッファ層とし、In0.53Ga0.47As層68をチャ
ネル層とし、n−In0. 52Al0.48As層69を電子供
給層とし、n−In0.53Ga0.47As層70をコンタク
ト層とするn型HEMT形成領域の結晶層を形成する。
このn型素子形成領域のGaAs0.5 Sb0.5 層63、
p−InP層64、p−In0.53Ga0.47As層65、
InP層66はp型HEMT形成領域の結晶層を形成す
るとき同時に形成されたもので、n型HEMT形成領域
にとっては特に意味をもたない。
【0052】p型HEMT形成領域のp−In0.53Ga
0.47As層65の上にAu/Zn/Auソース電極71
とAu/Zn/Auドレイン電極72を形成し、ゲート
領域のp−In0.53Ga0.47As層65をHF/H2
2 /H2 O系のエッチング液で選択的に除去した後、露
出したp−InP層64の上にAlゲート電極75を形
成する。
【0053】また、n型HEMT形成領域のn−In
0.53Ga0.47As層70の上にAuGe/Auドレイン
電極73とAuGe/Auソース電極74を形成し、ゲ
ート領域のn−In0.53Ga0.47As層70をクエン酸
/H2 2 系のエッチング液で選択的に除去した後、露
出したn−In0.52Al0.48As層69の上にPt/T
i/Pt/Auゲート電極76を形成する。
【0054】全面にCVD法等によってSiO2 絶縁膜
77を形成し、コンタクトホールを通してTiAu配線
78を形成する。
【0055】この実施例の相補型HEMTにおいては、
p−In0.53Ga0.47As層65とIn0.52Al0.48
s層67の間にエッチングストップ層として機能するI
nP層66を形成したため、p型HEMT形成領域のn
−In0.53Ga0.47As層70、n−In0.52Al0.48
As層69、In0.53Ga0.47As層68、In0.52
0.48As層67をHF/H2 2 /H2 O系のエッチ
ング液によってエッチングする際のエッチングの制御性
が向上する。
【0056】(第7実施例)図7は、第7実施例の相補
型HEMTの構成説明図である。この図において、81
は半絶縁性InP基板、82,86はInAlAsバッ
ファ層、83はGaAsSbチャネル層、84はp−I
nP正孔供給層、85はp−InGaAsコンタクト
層、87はInGaAsチャネル層、88はn−InA
lAs電子供給層、89はn−InGaAsコンタクト
層、90はAu/Zn/Auソース電極、91はAu/
Zn/Auドレイン電極、92はAlゲート電極、93
はAuGe/Auドレイン電極、94はAuGe/Au
ソース電極、95はPt/Ti/Pt/Auゲート電
極、96はSiO2 絶縁膜、97はTiAu配線であ
る。
【0057】この実施例の相補型HEMTにおいては、
半絶縁性InP基板81の上に、厚さ500nmのIn
0.52Al0.48Asバッファ層82、厚さ50nmのGa
As 0.5 Sb0.5 チャネル層83、厚さ30nmのp−
InP正孔供給層84、厚さ50nmのp−In0.53
0.47Asコンタクト層85をMOCVD法等によって
形成し、p−In0.53Ga0.47Asコンタクト層85の
p型HEMT形成領域をSiO2 膜で覆った後、p−I
0.53Ga0.47Asコンタクト層85、p−InP正孔
供給層84、GaAs0.5 Sb0.5 チャネル層83、I
0.52Al0.48Asバッファ層82のn型HEMT形成
領域をエッチングする。
【0058】次いで、このp型HEMT形成領域をマス
クで覆った後、ガスソースMBE等によって、n型HE
MT形成領域のみに厚さ500nmのIn0.52Al0.48
Asバッファ層86、厚さ50nmのIn0.53Ga0.47
Asチャネル層87、厚さ20nmのn−In0.52Al
0.48As電子供給層88、厚さ20nmのn−In0. 53
Ga0.47Asコンタクト層89を選択的に形成する。
【0059】先にp−In0.53Ga0.47Asコンタクト
層85のp型HEMT形成領域に形成したSiO2 膜を
取り除いた後に、p型HEMT形成領域のp−In0.53
Ga 0.47Asコンタクト層85の上にAu/Zn/Au
ソース電極90とAu/Zn/Auドレイン電極91を
形成し、ゲート領域のp−In0.53Ga0.47As層85
をHF/H2 2 /H2 O系のエッチング液で選択的に
除去した後、露出したp−InP正孔供給層84の上に
Alゲート電極92を形成する。
【0060】また、n型HEMT形成領域のn−In
0.53Ga0.47Asコンタクト層89の上にAuGe/A
uドレイン電極93、AuGe/Auソース電極94を
形成し、ゲート領域のn−In0.53Ga0.47Asコンタ
クト層89をクエン酸/H2 2 系のエッチング液で選
択的に除去した後、露出したn−In0.52Al0.48As
電子供給層88の上にPt/Ti/Pt/Auゲート電
極を形成する。全面にCVD法等によってSiO2 絶縁
膜96を形成し、コンタクトホールを通してTiAu配
線97を形成する。
【0061】この実施例の相補型HEMTにおいては、
工程数が増えるが、p型HEMTとn型HEMTの表面
の高さが等しくなるため、その上にTiAu配線97を
形成する場合のフォトリソグラフィー工程の精度を向上
することができ、TiAu配線97の段切れ等の欠点を
除くことができる。
【0062】前記の各実施例においては、本発明をHE
MTに適用した例を説明したが、本発明は、一般に、そ
の正孔の高速移動を用いる電界効果半導体装置に適用す
ることができる。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
高速かつ低消費電力で動作する相補型HEMT等の電界
効果半導体装置を実現することができ、高速コンピュー
タ、高周波通信技術等への適用範囲の拡大に寄与すると
ころが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のpチャネルHEMTの構成説明図
である。
【図2】第2実施例のpチャネル逆構造HEMTの構成
説明図である。
【図3】第3実施例のpチャネルHEMTの構成説明図
である。
【図4】第4実施例のpチャネル逆構造HEMTの構成
説明図である。
【図5】第5実施例の相補型HEMTの構成説明図であ
る。
【図6】第6実施例の相補型HEMTの構成説明図であ
る。
【図7】第7実施例の相補型HEMTの構成説明図であ
る。
【図8】従来の相補型HEMTの構成説明図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性InP基板 2 InAlAsバッファ層 3 GaAsSbチャネル層 4 p−InP正孔供給層 5 p−InGaAsコンタクト層 6 Au/Zn/Auソース電極 7 Au/Zn/Auドレイン電極 8 Alゲート電極 11 半絶縁性InP基板 12 InAlAsバッファ層 13 p−InP正孔供給層 14 GaAsSbチャネル層 15 p−InGaAsコンタクト層 16 Au/Zn/Auソース電極 17 Au/Zn/Auドレイン電極 18 Alゲート電極 21 半絶縁性InP基板 22 InAlAsバッファ層 23 GaAsSbチャネル層 24 p−InP正孔供給層 25 p−InGaAsコンタクト層 26 Au/Zn/Auソース電極 27 Au/Zn/Auドレイン電極 28 Alゲート電極 31 半絶縁性InP基板 32 InAlAsバッファ層 33 p−InP正孔供給層 34 GaAsSbチャネル層 35 InPゲート絶縁層 36 p−InGaAsコンタクト層 37 Au/Zn/Auソース電極 38 Au/Zn/Auドレイン電極 39 Alゲート電極 41 半絶縁性InP基板 42 InAlAs層 43 GaAsSb層 44 p−InP層 45 p−InGaAs層 46 InAlAs層 47 InGaAs層 48 n−InAlAs層 49 n−InGaAs層 50 Au/Zn/Auソース電極 51 Au/Zn/Auドレイン電極 52 AuGe/Auドレイン電極 53 AuGe/Auソース電極 54 Alゲート電極 55 Pt/Ti/Pt/Auゲート電極 56 SiO2 絶縁膜 57 TiAu配線 61 半絶縁性InP基板 62 InAlAs層 63 GaAsSb層 64 p−InP層 65 p−InGaAs層 66 InP層 67 InAlAs層 68 InGaAs層 69 n−InAlAs層 70 n−InGaAs層 71 Au/Zn/Auソース電極 72 Au/Zn/Auドレイン電極 73 AuGe/Auドレイン電極 74 AuGe/Auソース電極 75 Alゲート電極 76 Pt/Ti/Pt/Auゲート電極 77 SiO2 絶縁膜 78 TiAu配線 81 半絶縁性InP基板 82,86 InAlAsバッファ層 83 GaAsSbチャネル層 84 p−InP正孔供給層 85 p−InGaAsコンタクト層 87 InGaAsチャネル層 88 n−InAlAs電子供給層 89 n−InGaAsコンタクト層 90 Au/Zn/Auソース電極 91 Au/Zn/Auドレイン電極 92 Alゲート電極 93 AuGe/Auドレイン電極 94 AuGe/Auソース電極 95 Pt/Ti/Pt/Auゲート電極 96 SiO2 絶縁膜 97 TiAu配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/338 29/812 21/337 29/808 7376−4M H01L 29/80 H 7376−4M C

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaAsx Sb1-x 層と、価電子帯の上
    端がGaAsx Sb 1-x 層の価電子帯の上端よりも低い
    第2のp型半導体層からなるヘテロ接合と、該第2の半
    導体層よりも表面側に形成されたショットキー電極を備
    え、該ショットキー電極に電圧を印加して空乏層の厚さ
    を変化させることによって、該ヘテロ接合のGaAsx
    Sb1-x 層側に蓄積される二次元正孔ガス濃度を変化さ
    せることを特徴とするp型電界効果半導体装置。
  2. 【請求項2】 GaAsx Sb1-x 層と、価電子帯の上
    端がGaAsx Sb 1-x 層の価電子帯の上端よりも低い
    第2のp型半導体層からなるヘテロ接合と、該GaAs
    x Sb1-x 層の表面側に形成されたショットキー電極を
    備え、該ショットキー電極に電圧を印加して空乏層の厚
    さを変化させることによって、該ヘテロ接合のGaAs
    x Sb1-x 層側に蓄積される二次元正孔ガス濃度を変化
    させることを特徴とするp型電界効果半導体装置。
  3. 【請求項3】 第2のp型半導体としてp型InPを用
    いたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載さ
    れたp型電界効果半導体装置。
  4. 【請求項4】 基板としてInPを用い、かつ、GaA
    x Sb1-x 層の組成がInPに格子整合するように選
    択されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記
    載されたp型電界効果半導体装置。
  5. 【請求項5】 基板としてInPを用い、GaAsx
    1-x 層の厚さを格子不整合による転位が発生する臨界
    膜厚よりも薄くしたことを特徴とする請求項1または請
    求項2に記載されたp型電界効果半導体装置。
  6. 【請求項6】 請求項1から請求項5までのいずれか1
    項に記載されたp型電界効果半導体装置と、チャネル材
    料としてInGaAs,InP,GaAsSb,InA
    sPのいずれか一つ、電子供給層としてn型InAlA
    sまたはn型InAlGaAsまたはn型InPを用い
    たn型電界効果半導体装置が同一基板上に集積されてい
    ることを特徴とする相補型電界効果半導体装置。
  7. 【請求項7】 基板の上に、請求項1から請求項5に記
    載されたp型電界効果半導体装置の形成に必要な第1の
    半導体層群を成長し、その上にバッファ層を成長し、そ
    の上に、チャネル材料としてInGaAs,InP,G
    aAsSb,InAsPのいずれか一つ、電子供給層と
    してn型InAlAsまたはn型InAlGaAsまた
    はn型InPを用いたn型電界効果半導体装置の形成に
    必要な第2の半導体層群を成長し、p型電界効果半導体
    装置を形成すべき領域の第2の半導体層群とバッファ層
    を選択的に除去して第1の半導体層群を露出させ、その
    露出した第1の半導体層群によってp型電界効果半導体
    装置を形成し、第2の半導体層群によってn型電界効果
    半導体装置を形成する工程を含むことを特徴とする相補
    型電界効果半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 基板の上に、チャネル材料としてInG
    aAs,InP,GaAsSb,InAsPのいずれか
    一つ、電子供給層としてn型InAlAsまたはn型I
    nAlGaAsまたはn型InPを用いたn型電界効果
    半導体装置の形成に必要な第2の半導体層群を成長し、
    その上にバッファ層を成長し、その上に、請求項1から
    請求項5に記載されたp型電界効果半導体装置の形成に
    必要な第1の半導体層群を成長し、n型電界効果半導体
    装置を形成すべき領域の第1の半導体層群とバッファ層
    を選択的に除去して第2の半導体層群を露出させ、第1
    の半導体層群によってp型電界効果半導体装置を形成
    し、第2の半導体層群によってn型電界効果半導体装置
    を形成する工程を含むことを特徴とする相補型電界効果
    半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 基板の上に、請求項1から請求項5に記
    載されたp型電界効果半導体装置の形成に必要な第1の
    半導体層群を成長し、その上にInPエッチングストッ
    パー層を成長し、その上にバッファ層を成長し、その上
    に、チャネル材料としてInGaAs,GaAsSb,
    InAsPのいずれか一つ、電子供給層としてn型In
    AlAsまたはn型InAlGaAsを用いたn型電界
    効果半導体装置の形成に必要な第2の半導体層群を成長
    し、p型電界効果半導体装置を形成すべき領域の第2の
    半導体層群とバッファ層をInPエッチングストッパー
    層を用いて選択的に除去し、InPエッチングストッパ
    ー層を除去して第1の半導体層群を露出させ、第1の半
    導体層群によってp型電界効果半導体装置を形成し、第
    2の半導体層群によってn型電界効果半導体装置を形成
    する工程を含むことを特徴とする相補型電界効果半導体
    装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 基板の上に、請求項1から請求項5に
    記載されたp型電界効果半導体装置の形成に必要な第1
    の半導体層群を成長し、n型電界効果半導体装置を形成
    すべき領域の第1の半導体層群を選択的に除去し、第1
    の半導体層群を選択的に除去した領域に、チャネル材料
    としてInGaAs,InP,GaAsSb,InAs
    Pのいずれか一つ、電子供給層としてn型InAlAs
    またはn型InAlGaAsまたはn型InPを用いた
    n型電界効果半導体装置の形成に必要な第2の半導体層
    群を選択的に成長し、第1の半導体層群によってp型電
    界効果半導体装置を形成し、選択的に成長した第2の半
    導体層群によってn型電界効果半導体装置を形成する工
    程を含むことを特徴とする相補型電界効果半導体装置の
    製造方法。
  11. 【請求項11】 基板の上に、チャネル材料としてIn
    GaAs,InP,GaAsSb,InAsPのいずれ
    か一つ、電子供給層としてn型InAlAsまたはn型
    InAlGaAsまたはn型InPを用いたn型電界効
    果半導体装置の形成に必要な第2の半導体層群を成長
    し、p型電界効果半導体装置を形成すべき領域の第2の
    半導体層群を選択的に除去し、第2の半導体層群を選択
    的に除去した領域に、請求項1から請求項5に記載され
    たp型電界効果半導体装置の形成に必要な第1の半導体
    層群を選択的に成長し、第1の半導体層群によってp型
    電界効果半導体装置を形成し、第2の半導体層群によっ
    てn型電界効果半導体装置を形成する工程を含むことを
    特徴とする相補型電界効果半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001144108A (ja) * 1999-11-10 2001-05-25 Furukawa Electric Co Ltd:The 電界効果トランジスタの製造方法

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JP2001144108A (ja) * 1999-11-10 2001-05-25 Furukawa Electric Co Ltd:The 電界効果トランジスタの製造方法

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